İçerik
Biyoloji - ya da gayrı resmi olarak hayatın kendisi - bir dizi kritik fonksiyona hizmet etmek için yüz milyonlarca yıl boyunca gelişen zarif makromoleküller ile karakterize edilir. Bunlar genellikle dört temel türe ayrılır: karbonhidratlar (veya polisakaritler), lipitler, proteinler ve nükleik asitler. Beslenme konusunda herhangi bir arka planınız varsa, bunlardan ilk üçünü, beslenme bilgi etiketlerinde listelenen üç standart makro besin (veya diyet paritedeki "makrolar") olarak tanıyacaksınız. Dördüncü, genetik bilginin tüm canlılarda depolanması ve çevrilmesi için temel teşkil eden iki yakından ilişkili moleküle ilişkindir.
Bu dört makro molekülün ya da biyomolekülün her biri çeşitli görevleri yerine getirir; Tahmin edebileceğiniz gibi, farklı rolleri çeşitli fiziksel bileşenleri ve düzenlemeleri ile mükemmel bir şekilde ilişkilidir.
Makro moleküller
bir makro molekül genellikle tekrarlanan alt birimlerden oluşan çok büyük bir moleküldür. monomerler"yapı taşı" elemanından ödün vermeden daha basit bileşenlere indirgenemez. Bir molekülün "makro" önekini kazanmak için ne kadar büyük olması gerektiğine dair standart bir tanım olmamasına rağmen, genellikle en az binlerce atom içerirler. Doğal olmayan dünyada bu tür bir inşaatı neredeyse kesinlikle gördünüz; örneğin, birçok duvar kağıdı türü, tasarımda ayrıntılı ve genel olarak fiziksel olarak geniş olmasına rağmen, genellikle bir metre kareden küçük boyutta olan bitişik alt birimlerden oluşur. Daha da açık bir şekilde, bir zincir, bireysel bağlantıların "monomerler" olduğu bir makro molekül olarak kabul edilebilir.
Biyolojik makromoleküller hakkında önemli bir nokta, lipitler hariç, monomer birimlerinin kutuplu olmalarıdır, yani simetrik olarak dağıtılmayan bir elektrik yüküne sahip oldukları anlamına gelir. Şematik olarak, farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip "kafaları" ve "kuyrukları" vardır. Monomerler birbirleriyle baş başa toplandıklarından, makromoleküllerin kendileri de kutupsaldır.
Ayrıca, tüm biyomoleküller yüksek miktarda karbon elementine sahiptir. “Karbon temelli yaşam” olarak adlandırılan ve iyi bir sebepten ötürü, Dünya üzerindeki yaşam türünü (başka bir deyişle, kesin olarak bildiğimiz tek tür varlığını) duymuş olabilirsiniz. Ancak azot, oksijen, hidrojen ve fosfor canlılar için de vazgeçilmezdir ve diğer elementlerin birçoğu karışımda daha düşük derecelerdedir.
Karbonhidratlar
“Karbonhidrat” kelimesini gördüğünüzde veya duyduğunuzda, ilk düşündüğünüz şeyin “yiyecek” olduğu ve belki de daha belirgin olarak “yiyeceklerdeki bir çok insanın kurtulmak istediği” olduğu kesindir. “Lo-carb” ve “no-carb”, 21. yüzyılın başlarında kilo kaybına uğrayan terimler haline geldiler ve “karbon yükleme” terimi, 1970'lerden bu yana dayanıklılık sporları topluluğunun etrafında yer aldı. Fakat aslında, karbonhidratlar canlılar için sadece bir enerji kaynağından çok daha fazlasıdır.
Karbonhidrat moleküllerinin tümü (CH) formülüne sahiptir.2Ö)nburada n, mevcut karbon atomlarının sayısıdır. Bu, C: H: O oranının 1: 2: 1 olduğu anlamına gelir. Örneğin, basit şekerler glikoz, fruktoz ve galaktozun tümü C formülüne sahiptir6'H12Ö6 (bu üç molekülün atomları elbette farklı düzenlenmiştir).
Karbonhidratlar monosakaritler, disakaritler ve polisakaritler olarak sınıflandırılır. Bir monosakarit, karbonhidrat monomer birimidir, ancak bazı karbonhidratlar, glukoz, fruktoz ve galaktoz gibi sadece bir monomerden oluşur. Genellikle, bu monosakaritler en çok halka şeklinde olup, diyagramatik olarak altıgen şeklinde gösterilmiştir.
Disakaritler, iki monomerik ünite veya bir çift monosakarit içeren şekerlerdir. Bu alt birimler aynı olabilir (iki birleştirilmiş glikoz molekülünden oluşan maltozda olduğu gibi) veya farklı (sakarozdaki gibi) veya bir glikoz molekülünden ve bir fruktoz molekülünden oluşan sofra şekeri olabilir. Monosakaritler arasındaki bağlar glikosidik bağlar olarak adlandırılır.
Polisakaritler, üç veya daha fazla monosakarit içerir. Bu zincirler ne kadar uzun olursa, dalları olma ihtimali de o kadar fazladır, yani baştan sona bir monosakkarit çizgisi olmamaktır. Polisakaritlerin örnekleri arasında nişasta, glikojen, selüloz ve kitin bulunur.
Nişasta sarmal veya spiral şeklinde oluşma eğilimindedir; Bu, genel olarak yüksek moleküler ağırlıklı biyomoleküllerde yaygındır. Aksine, selüloz, düzenli aralıklarla karbon atomları arasına serpiştirilmiş hidrojen bağlarına sahip uzun bir glikoz monomeri zincirinden oluşan doğrusaldır. Selüloz, bitki hücrelerinin bir bileşenidir ve onlara sertliklerini sağlar. İnsanlar selülozu sindiremez ve diyette genellikle "lif" olarak adlandırılır. Chitin, böcek, örümcek ve yengeç gibi eklembacaklıların dış cisimlerinde bulunan bir diğer yapısal karbonhidrattır. Chitin, modifiye edilmiş bir karbonhidrattır, çünkü bol miktarda azot atomları ile "karıştırılmıştır". Glikojen vücuttaki karbonhidrat depolama şeklidir; Glikojen birikintileri hem karaciğer hem de kas dokusunda bulunur. Bu dokulardaki enzim adaptasyonları sayesinde, eğitimli sporcular, yüksek enerji ihtiyaçları ve beslenme uygulamalarının bir sonucu olarak, sedanter insanlardan daha fazla glikojen depolayabilmektedir.
Proteinler
Karbonhidratlar gibi, proteinler de sözde makrobesin olarak görev yaptıkları için günlük kelimelerin çoğunun bir parçasıdır. Ancak proteinler karbonhidratlardan çok daha fazla, inanılmaz derecede çok yönlüdür. Aslında, proteinler olmadan karbonhidratlar ya da lipitler olmayacaktı çünkü bu molekülleri sentezlemek (sindirmek için) gereken enzimler de proteinlerdir.
Proteinlerin monomerleri, amino asitlerdir. Bunlar arasında bir karboksilik asit (-COOH) grubu ve bir amino (-NH) bulunur.2) grubu. Amino asitler birbirine bağlandığında, bir amino asit (H) üzerindeki karboksilik asit grubu ile diğerinin amino grubu arasında bir su molekülü (H) ile olan bir hidrojen bağı vasıtasıyla yapılır.2O) süreçte serbest bırakıldı. Büyüyen bir amino asit zinciri bir polipeptittir ve yeterince uzun olduğunda ve üç boyutlu şeklini aldığında, tam teşekküllü bir proteindir. Karbonhidratların aksine, proteinler hiç dal göstermez; bunlar sadece amino gruplarına katılan bir karboksil grupları zinciridir. Bu zincirin bir başlangıcı ve bir sonu olması gerektiğinden, bir ucunda serbest bir amino grubu vardır ve diğer ucunda serbest bir amino grubu vardır ve C-terminali olarak adlandırılırlar. 20 amino asit olduğundan ve bunlar herhangi bir sırayla düzenlenebildiğinden, dallanma oluşmasa da proteinlerin bileşimi oldukça değişkendir.
Proteinler birincil, ikincil, üçüncül ve dörtlü yapı olarak adlandırılan şeye sahiptir. Birincil yapı, proteindeki amino asitlerin dizisini belirtir ve genetik olarak belirlenir. İkincil yapı, genellikle tekrarlayan bir şekilde zincirde bükülme veya bükülme anlamına gelir. Bazı şekillendirmeler bir alfa helis ve beta kıvrımlı bir levha içerir ve farklı amino asitlerin yan zincirleri arasındaki zayıf hidrojen bağlarından kaynaklanır. Üçüncül yapı, proteinin üç boyutlu uzayda bükülmesi ve kıvrılmasıdır ve diğerleri arasında disülfit bağlarını (kükürtten kükürt'e) ve hidrojen bağlarını içerebilir. Son olarak, kuaterner yapı, aynı makromoleküldeki birden fazla polipeptit zincirini ifade eder. Bu, bir ip gibi bükülmüş ve birlikte sarılmış üç zincirden oluşan kolajende meydana gelir.
Proteinler vücutta biyokimyasal reaksiyonları katalize eden enzimler olarak görev yapabilir; insülin ve büyüme hormonu gibi hormonlar; yapısal elemanlar olarak; ve hücre zarı bileşenleri olarak.
Lipidler
Lipitler çok çeşitli makromoleküllerdir, fakat hepsi hidrofobik olma özelliğini paylaşırlar; yani, suda çözülmezler. Bunun nedeni, lipitlerin elektriksel olarak nötr ve dolayısıyla kutupsuz olmaları, oysa suyun bir polar moleküldür. Lipitler, trigliseritleri (yağlar ve yağlar), fosfolipidleri, karotenoidleri, steroidleri ve balmumlarını içerir. Başlıca hücre zarı oluşumu ve stabilitesinde rol oynarlar, hormon kısımları oluştururlar ve depolanmış yakıt olarak kullanılırlar. Bir tür lipit olan yağlar, daha önce tartışılan karbonhidratlar ve proteinlerle birlikte üçüncü tür makro besinlerdir. Yağ asitleri denilen oksidasyon yoluyla, gram başına 4 kalorinin aksine karbonhidrat ve yağların sağladığı gram başına 4 kalorinin aksine, gram başına 9 kalori sağlarlar.
Lipitler polimerler değildir, bu yüzden çeşitli şekillerde gelirler. Karbonhidratlar gibi, karbon, hidrojen ve oksijenden oluşurlar. Trigliseritler, üç karbonlu bir alkol olan gliserol molekülüne birleştirilmiş üç yağ asidi içerir. Bu yağ asidi yan zincirleri uzun, basit hidrokarbonlardır. Bu zincirler çift bağlara sahip olabilir ve eğer yaparlarsa, bu yağ asidini yapar doymamış. Eğer böyle bir çift bağ varsa, yağ asidi monounsaturated. İki veya daha fazla varsa, çoklu doymamış. Bu farklı yağ asitlerinin, kan damarlarının duvarları üzerindeki etkileri nedeniyle, farklı insanlar için farklı sağlık etkileri vardır. İkili bağı olmayan doymuş yağlar oda sıcaklığında katıdır ve genellikle hayvansal yağlardır; bunlar arteriyel plaklara neden olma eğilimindedir ve kalp hastalığına katkıda bulunabilir. Yağ asitleri kimyasal olarak manipüle edilebilir ve bitkisel yağlar gibi doymamış yağlar, margarin gibi oda sıcaklığında katı ve uygun olmaları için doymuş hale getirilebilir.
Bir ucunda hidrofobik bir lipide ve diğer ucunda hidrofilik bir fosfata sahip olan fosfolipitler, hücre zarlarının önemli bir bileşenidir. Bu membranlar bir fosfolipid çift katmandan oluşur. Hidrofobik olan iki lipit kısmı, hücrenin dışına ve iç tarafına bakarken, fosfatın hidrofilik kuyrukları çift tabakanın merkezinde toplanır.
Diğer lipidler, hormonlar ve hormon öncüleri (örneğin kolesterol) olarak görev yapan ve bir dizi ayırt edici halka yapısı içeren steroidleri; ve bal mumu ve lanolin içeren balmumları.
Nükleik asitler
Nükleik asitler, deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asidi (RNA) içerir. Bunlar, her ikisi de monomerik birimlerin olduğu polimer olan yapısal olarak çok benzerdir. nükleotidleri. Nükleotitler, bir pentoz şeker grubu, bir fosfat grubu ve bir azotlu baz grubundan oluşur. Hem DNA hem de RNA'da, bu bazlar dört tipten biri olabilir; Aksi takdirde, DNA'nın nükleotitlerinin tümü, RNA'nınkilerle aynıdır.
DNA ve RNA, üç ana şekilde farklılık gösterir. Birincisi, DNA'da pentoz şekeri deoksiriboz ve RNA'da ise ribozdur. Bu şekerler tam olarak bir oksijen atomundan farklıdır. İkinci fark, DNA'nın 1950'lerde Watson ve Cricks ekibi tarafından keşfedilen çift sarmalı oluşturan, genellikle çift sarmallı olmasıdır, ancak RNA, tek sarmallıdır. Üçüncüsü, DNA'nın nitrojen bazları adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve timin (T) içermesi, ancak RNA'nın timin için ikame edilmiş uracil (U) içermesidir.
DNA kalıtsal bilgiyi depolar. Nükleotidlerin uzunlukları genlerbelirli proteinlerin üretilmesi için azotlu baz dizileri vasıtasıyla bilgi içeren, Çok sayıda gen oluşur kromozomlar, ve toplam organizma kromozomlarının toplamı (insanlar 23 çift var) genom. DNA, transkripsiyon sürecinde, mesajcı RNA (mRNA) adı verilen bir RNA formu oluşturmak için kullanılır. Bu, kodlanmış bilgiyi biraz farklı bir şekilde depolar ve DNA'nın bulunduğu ve hücre sitoplazmasına veya matrisinin bulunduğu hücre çekirdeğinden çıkarır. Burada, diğer RNA tipleri proteinlerin yapıldığı ve tüm hücreye gönderildiği çeviri işlemini başlatır.